Question

电解是最强有力的氧化还原手段，在化工生产中有着重要的应用。请回答下列问题：

（1）以铜为阳极，以石墨为阴极，用NaCl溶液作电解液进行电解，得到半导体材料Cu2O和一种清洁能源，则阳极反应式为___________________________，阴极反应式为________。

（2）某同学设计如图所示的装置探究金属的腐蚀情况。下列判断合理的是____________（填序号）。

a．②区铜片上有气泡产生

b．③区铁片的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑

c．最先观察到变成红色的区域是②区

d．②区和④区中铜片的质量均不发生变化

（3）最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH3CHO＋H2OCH3CH2OH＋CH3COOH

实验室中，以一定浓度的乙醛－Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入__________（填化学式），电极反应式为____________________。电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量________（填“增大”、“减小”或“不变”）。

②在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m3乙醛含量为3 000 mg·L－1的废水，可得到乙醇________kg（计算结果保留小数点后一位）。

 

Answer 1

（1）2Cu＋H2O－2e－=Cu2O＋2H＋　2H＋＋2e－=H2↑　（2）d　（3）①CH4　CH4－8e＋＋10OH－=CO32-＋7H2O　不变　②1.9

【解析】（1）由于阳极材料为铜，所以铜本身失电子被氧化，由题意知氧化产物为Cu2O，可得阳极反应式为2Cu＋H2O－2e－=Cu2O＋2H＋，阴极上阳离子放电，即溶液中H＋被还原成清洁能源H2。

（2）左半区是原电池装置，发生的是铁的吸氧腐蚀，负极（Fe）：Fe－2e－=

Fe2＋，正极（Cu）：O2＋2H2O＋4e－=4OH－。右半区是电解装置，阳极（Fe）：Fe－2e－=Fe2＋，阴极（Cu）：2H＋＋2e－=H2↑，由于电解引起腐蚀的速率远大于吸氧腐蚀的速率，因此最先观察到变成红色的区域是④区，故选项a、b、c均错误。

（3）①根据电解液中阳离子的迁移方向，可知c为阳极，d为阴极，因此直流电源上a为正极，通入O2，b为负极，通入CH4，在碱性条件下CH4的氧化产物为CO，由此可写出此电极的电极反应式。在电解过程中，由于SO没有参与放电，且阳离子交换膜不允许阴离子自由通过，因此根据质量守恒可得阴极区Na2SO4的物质的量不变。②阴极区发生还原反应，即CH3CHO转化成CH3CH2OH，设生成的乙醇为x kg，根据碳原子守恒可得关系式：

CH3CHO　　　　～　　　　CH3CH2OH

　44 46

3 000×103÷106×60% x

解得x≈1.9。